移動全媒體4K超高清直播車視頻處理模塊分析

鄭偉

摘要：隨著央視和廣東4K頻道的開播，電視4K產(chǎn)業(yè)已正式進(jìn)入規(guī)模商用時代。同時，觀眾對4K電視節(jié)目的需求也日益迫切。在此背景下，為給予更多觀眾門檻更低、收看更方便的新媒體觀看手段，安徽廣播電視臺設(shè)計和組裝了其第一輛兼具傳統(tǒng)和新媒體傳輸手段的4K全媒體直播車，并正式亮相于CCBN2019。對此，本文對該直播車的設(shè)計進(jìn)行研究，著重分析其視頻處理模塊所包含的設(shè)備，以期為4K超高清電視領(lǐng)域的研究提供參考和借鑒。

[關(guān)鍵詞]直播車4K超高清12G-SDI視頻處理

在2019年中國國際廣播電視信息網(wǎng)絡(luò)展覽會（CCBN）上，安徽廣播電視臺自主設(shè)計、集成的移動全媒體4K超高清直播車亮相展會，引起廣電各界的關(guān)注與熱議。該直播車擁有全新的功能定位，即：融媒體平臺、廣播電視現(xiàn)場直播的前端移動全媒體調(diào)度中心，具備移動信息采集、信息數(shù)據(jù)處理、各類平臺對接、移動互動聯(lián)通、獨立信息發(fā)布功能，在現(xiàn)場直播時，可通過衛(wèi)星、公網(wǎng)、專網(wǎng)傳輸以及云推流和4G/5G技術(shù)等，打通前端直播現(xiàn)場、后端播控分發(fā)平臺以及末端受眾終端之間的橋梁，使自身成為一個中小型的、智能化的專業(yè)移動融媒體控制中心。

1直播車系統(tǒng)概況

1.1基帶傳輸方案選擇

目前主流的4K超高清基帶信號有兩種：面向電影工業(yè)的6G/12G-SDI數(shù)字串行超高清基帶信號，應(yīng)用場景多在電視臺，演播室;面向消費類終端的并行HDM11.4/2.0超高清基帶信號，如高清數(shù)字機(jī)頂盒等數(shù)字視頻輸出。因此確定直播車選擇6G/12G-SDI數(shù)字串行超高清基帶信號。6G/12G-SDI是于SMPTE組織于2015年發(fā)布，其中6G-SDI面向2160p30的應(yīng)用;12G-SDI面向2160p60的應(yīng)用。因此，對于真正的4K超高清視頻，12G-SDI是直播車傳輸4K視頻的解決方案。

同時，對12G-SDI信號的傳輸，有兩種通過SDI接口的傳輸方法：一是用4個電纜接口，每個接口承載3G視頻數(shù)據(jù)，屬于4x3G-SDI并行模式;二是通過單路12G-SDI接口傳輸未經(jīng)壓縮的4K視頻。目前已有多家設(shè)備支持單路12G-SDI光/電模塊，最終決定通過用12G-SDI設(shè)備流程搭建直播車，其中的光端機(jī)可將獨立兩路獨立12G-SDI信號通過單模光纖實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，工作速率在125Mbps～11.88Gbps。并且向下兼容MADI，DVB-ASI，SD-SDI，HD-SDI，3G-SDI，6G-SDI信號格式，支持SMPTEST2082-1，SMPTEST2081-1，SMPTEST424，SMPTEST292-1，SMPTEST259，DVB-ASI（270M）以及MADI（125M）信號。

1.2系統(tǒng)設(shè)備選擇

該直播車設(shè)計之初，主要用于應(yīng)急新聞現(xiàn)場直播和信號傳輸，在確定選擇采用12G-SDI工作流程的基礎(chǔ)上，為使系統(tǒng)更簡單，節(jié)目制作、信號傳輸?shù)牧鞒谈鞔_，直播車選擇了BlackmagicDesign提供的各類設(shè)備。BlackmagicDesign已向業(yè)界推出了多款口碑極佳的產(chǎn)品，并且提供的直播車設(shè)備已全部支持12G-SDI信號的傳輸和處理。直播車采用了URSABroadcast攝像機(jī)、ATEM4M/EBroadcastStudio4K切換臺、ATEMTelevisionStudioPro4K切換臺、SmartVideohub12G40x40矩陣、HyperDeckStudio12G錄機(jī)、TeranexAV轉(zhuǎn)換器、SmartView監(jiān)視器、BlackmagicAudioMonitor音頻監(jiān)聽和DaVinciResolve后期處理系統(tǒng)等20多種12G-SDI設(shè)備，再配合12G-SDI流程設(shè)計，共包含了4路攝像機(jī)訊道，1路衛(wèi)星訊道，2路微波訊道和2路錄機(jī)訊道。

2視頻處理模塊分析

2.1信號傳輸流程

在現(xiàn)場直播時，直播車配有4臺URSABroadcast4K攝像機(jī)，并且每臺都配有BlackmagicCameraFiberConverter。攝像機(jī)在采集現(xiàn)場視頻后，每路URSABroadcast輸出的12G-SDI信號經(jīng)CameraFiberConverter轉(zhuǎn)換為光纖信號，通過一根綜合光纜傳輸?shù)睫D(zhuǎn)播車上的BlackmagicStudioFiberConverter，由其將信號轉(zhuǎn)換為兩路12G-SDI信號，一路傳輸至主切換臺ATEM4M/EBroadcastStudio4K，另一路傳輸至入TeranexMiniDistribution進(jìn)行視分，最后分為5路信號，分別傳輸給備份切換臺ATEMTelevisionStudioPro4K、SmartVideohub12G40x40矩陣、帶示波器的SmartScopes4K雙聯(lián)監(jiān)視器和外接口板。

同時該直播車在處理HyperDeckStudio12G雙盤位錄機(jī)、衛(wèi)星以及微波信號時，同樣可以進(jìn)行優(yōu)秀的轉(zhuǎn)換操作。在直播車內(nèi)，與項目信號格式或幀率不同的外來信號會通過支持4K、高清和標(biāo)清變換的TeranexAV格式轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成兼容信號，再進(jìn)入矩陣進(jìn)行調(diào)度。在播出前，切換臺的PGM也可通過TeranexAV轉(zhuǎn)換為傳輸設(shè)備支持的格式，然后進(jìn)衛(wèi)星、4G、云推流和公網(wǎng)等設(shè)備進(jìn)行全平臺的播出。

2.2視頻設(shè)備分析

直播車內(nèi)的BlackmagicDesign的設(shè)備在兼顧高清制作的工作模式下，可穩(wěn)定制作2160p60的4K視頻，其系統(tǒng)簡單，對于節(jié)目的現(xiàn)場直播，從采集、制作到傳輸都更符合傳統(tǒng)廣電模式，還同時兼?zhèn)涓咝院头€(wěn)定性，主要的設(shè)備分析如下：

（1）URSABroadcast4K搭載4K圖像傳感器和擴(kuò)展視頻模式，動態(tài)范圍和色彩保真度優(yōu)秀。圖像傳感器專為HD和4K設(shè)計，無需后期制作就能獲得鮮活色彩和高動態(tài)范圍視頻，可在任何HD或4K制作中使用。同時，URSABroadcast采用標(biāo)準(zhǔn)存儲卡和文件格式，兼容幾乎所有廣電系統(tǒng)和剪輯軟件，利用標(biāo)準(zhǔn)SD卡、高速UHS-II卡和CFast卡進(jìn)行記錄，以標(biāo)準(zhǔn).mov或.mxf文件錄制1080i或2160p視頻，能納入現(xiàn)有的廣電系統(tǒng)和工作流程。

（2）BlackmagicCameraFiberConverter

和StudioFiberConverter可通過單根SMPTE光纜實現(xiàn)視頻信號傳輸，攝影機(jī)可以部署到距離直播車2公里的位置。其配備的12G-SDI技術(shù)，專為連接各類HD和UHD格式所設(shè)計。同時，轉(zhuǎn)換器的所有視頻和返送信號都是基于10bit視頻編解碼處理的IP視頻，性能優(yōu)質(zhì)可靠。直播車內(nèi)的StudioFiberConverter能提供.1路主要的UHD攝影機(jī)信號，3路帶有全面遠(yuǎn)程攝影機(jī)控制的獨立HD返送信號，只需單根SMPTE線纜即可傳輸。

（3）ATEM4M/EBroadcastStudio4K

高性能現(xiàn)場制作切換臺，自帶16個ATEMAdvancedChromaKeyer，每級ME各含4個，可很好的從事虛擬場景等高端制作。設(shè)備包括2個UHD多畫面分割器、全面2DDVE、帶4個畫中畫DVE的內(nèi)置SuperSource合成引擎，并且每路12G-SDI輸入均配有全面再同步等眾多功能，多速率12G-SDI接口只要通過一根BNC線纜就能在所有HD和UHD格式間自動切換。

（4）TeranexMini是新一代的12G-SDI轉(zhuǎn)換器，支持包括SD、HD至UHD在內(nèi)的所有格式。轉(zhuǎn)換器配備先進(jìn)的多速率12G-SDI技術(shù)，接口可自動檢測SD、HD和UHD視頻格式并進(jìn)行即時切換，可連接所有的SD、HD和UHD設(shè)備。

（5）ATEMTelevisionStudioPro4K配備8路帶格式轉(zhuǎn)換的12G-SDI輸入，可連接HD和UHD信號源。每路輸入均設(shè)有對應(yīng)的12G-SDI輸出，可用于攝影機(jī)返送信號，可攜帶嵌入式控制數(shù)據(jù)，每路12G-SDI輸入都帶有再同步功能和獨立的Teranex低延遲格式轉(zhuǎn)換器，可實現(xiàn)不同的HD或UHD格式輸入組

（6）SmartVideohub12G40x40搭載了具有雙倍傳輸速度的12G-SDI接口，能通過單根線纜連接所有使用4K視頻的設(shè)備，能夠確保能夠應(yīng)對來自切換臺、攝影機(jī)、錄機(jī)以及監(jiān)視器等設(shè)備的信號指派和切換。SmartVideohub12G矩陣可從各種現(xiàn)有設(shè)備和將來的新設(shè)備，上準(zhǔn)確無誤地指派所有SD、HD和UHD信號。

（7）TeranexAV可在SD、HD和UHD

格式間執(zhí)行多達(dá)1089種不同的實時轉(zhuǎn)換，獲得不遜色于原畫的優(yōu)質(zhì)影像，并能以每秒12Gb的速度實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。Teranex強(qiáng)大的處理能力包括上變換、下變換、交叉變換以及多種格式轉(zhuǎn)換。TeranexAV擁有著僅67毫秒的延遲，有了這一低延遲特性，各類顯示畫面都可與現(xiàn)場保持完美同步。同時，其還可自動切換到6G-SDI、3G-SDI、HD-SDI和SD-SDI，從而兼容所有的SD、HD和UHD設(shè)備。

（8）HyperDeckStudio12G雙盤位錄機(jī)配有12G-SDI和HDMI2.0接口，通過一根線纜就可以連接所有SD、HD和UHD格式設(shè)備，還可立即切換格式，將以SDI信號輸入的格式來記錄，以SSD上的文件格式來播出。

3結(jié)語

伴隨著4K電視技術(shù)的日益發(fā)展，再配合各類先進(jìn)設(shè)備，安徽廣播電視臺最終打造出其第一輛4K超高清全媒體轉(zhuǎn)播車，在面對新形勢和新需求時，該直播車正式投入使用后，勢必可以為融媒體時代的電視臺制播流程建設(shè)探索出了一條新道路。

參考文獻(xiàn)

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